Circuitos de conmutación para lámparas de descarga de gas
Las fuentes de luz artificial que utilizan una descarga eléctrica de un medio gaseoso en vapor de mercurio para generar ondas de luz se denominan lámparas de mercurio de descarga de gas.
El gas bombeado al cilindro puede ser a baja, media o alta presión. La baja presión se utiliza en diseños de lámparas:
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fluorescente lineal;
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ahorro de energía compacto:
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bactericida;
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cuarzo.
La alta presión se utiliza en lámparas:
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fósforo de arco de mercurio (DRL);
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mercurio metálico con aditivos radiactivos (DRI) de haluros metálicos;
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arco tubular de sodio (DNaT);
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espejo de arco de sodio (DNaZ).
Se instalan en aquellos lugares donde es necesario iluminar grandes superficies con bajo consumo energético.
Lámpara DRL
Caracteristicas de diseño
El dispositivo de una lámpara que usa cuatro electrodos se muestra esquemáticamente en la foto.
Su base, al igual que los modelos convencionales, se utiliza para conectar a los contactos cuando se enrosca en el mandril. El bulbo de vidrio protege herméticamente todos los elementos internos de las influencias externas. Está lleno de nitrógeno y contiene:
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quemador de cuarzo;
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cables eléctricos de los contactos de la base;
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dos resistencias limitadoras de corriente integradas en el circuito de electrodos adicionales
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la capa de fósforo.
El quemador está realizado en forma de tubo de cristal de cuarzo sellado con argón inyectado, en el que se colocan:
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dos pares de electrodos, principal y adicional, ubicados en extremos opuestos del matraz;
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una pequeña gota de mercurio.
Argón: un elemento químico que pertenece a los gases inertes. Se obtiene en el proceso de separación del aire con enfriamiento profundo seguido de rectificación. El argón es un gas monoatómico incoloro e inodoro, densidad 1,78 kg / m3, tboil = –186 ° C. El argón se utiliza como medio inerte en procesos metalúrgicos y químicos, en tecnología de soldadura (ver soldadura por arco eléctrico), así como en señales, publicidad y otras lámparas que dan una luz azulada.
El principio de funcionamiento de las lámparas DRL.
La fuente de luz DRL es una descarga de arco eléctrico en una atmósfera de argón que fluye entre electrodos en un tubo de cuarzo. Esto sucede bajo la acción de un voltaje aplicado a la lámpara en dos etapas:
1. Inicialmente, comienza una descarga luminiscente entre los electrodos principal y de encendido que se encuentran muy cerca debido al movimiento de electrones libres e iones cargados positivamente;
2. La formación de una gran cantidad de portadores de carga en la cavidad de la antorcha conduce a la rápida descomposición del medio nitrogenado y la formación de un arco a través de los electrodos principales.
La estabilización del modo de inicio (corriente eléctrica del arco y luz) tarda entre 10 y 15 minutos. Durante este período, el DRL crea cargas que exceden significativamente las corrientes de modo nominal. Para limitarlos, aplique lastre - asfixia.
La radiación del arco iris en el vapor de mercurio tiene un tono azul y violeta y está acompañada por una poderosa radiación ultravioleta. Atraviesa el fósforo, se mezcla con el espectro que forma y crea una luz brillante cercana al blanco.
El DRL es sensible a la calidad del voltaje de suministro y cuando baja a 180 voltios, se apaga y no enciende.
Durante descarga de arco se crea una temperatura alta, que se transfiere a toda la estructura. Esto afecta la calidad de los contactos en el enchufe y provoca el calentamiento de los cables conectados, que por lo tanto solo se utilizan con aislamiento resistente al calor.
Durante el funcionamiento de la lámpara, la presión del gas en el quemador aumenta significativamente y complica las condiciones para la destrucción del medio, lo que requiere un aumento en el voltaje aplicado. Si la alimentación está apagada y aplicada, la lámpara no se encenderá inmediatamente: necesita enfriarse.
Diagrama de conexión de la lámpara DRL
La lámpara de mercurio de cuatro electrodos se enciende por medio de un estrangulador y fusible.
Un eslabón fusible protege el circuito de posibles cortocircuitos y el estrangulador limita la corriente que fluye por el centro del tubo de cuarzo. La resistencia inductiva del estrangulador se selecciona de acuerdo con la potencia de la luminaria. Encender la lámpara bajo voltaje sin estrangulador hace que se queme rápidamente.
Un condensador incluido en el circuito compensa la componente reactiva introducida por la inductancia.
Lámpara DRI
Caracteristicas de diseño
La estructura interna de la lámpara DRI es muy similar a la utilizada por el DRL.
Pero su quemador contiene cierta cantidad de aditivos de los hapogenuros de los metales indio, sodio, talio u otros. Te permiten aumentar la emisión de luz a 70-95 lm/W y más con buen color.
El matraz está hecho en forma de cilindro o elipse como se muestra en la figura a continuación.
El material del quemador puede ser vidrio de cuarzo o cerámica, que tiene mejores propiedades operativas: menos oscurecimiento y mayor vida operativa.
El quemador en forma de bola que se usa en el diseño moderno aumenta la salida de luz y el brillo de la fuente.
Principio de operación
Los procesos básicos que tienen lugar durante la producción de luz de las lámparas DRI y DRL son los mismos. La diferencia radica en el esquema de encendido. DRI no se puede iniciar desde la tensión de red aplicada. Este valor no es suficiente para ella.
Para crear un arco dentro de la antorcha, se debe aplicar un pulso de alto voltaje al espacio entre electrodos. Su educación estuvo a cargo del IZU, un dispositivo de encendido por pulsos.
Cómo funciona IZU
El principio de funcionamiento del dispositivo para crear un pulso de alto voltaje se puede representar condicionalmente mediante un diagrama esquemático simplificado.
La tensión de alimentación de funcionamiento se aplica a la entrada del circuito. El diodo D, la resistencia R y el capacitor C crean una corriente de carga del capacitor. Al final de la carga, se suministra un pulso de corriente a través del capacitor a través del interruptor de tiristor abierto en el devanado del transformador T conectado.
Se genera un pulso de alto voltaje de hasta 2-5 kV en el devanado de salida del transformador elevador. Entra en los contactos de la lámpara y crea una descarga de arco del medio gaseoso, que proporciona un resplandor.
Diagramas de conexión de lámparas tipo DRI
Los dispositivos IZU se producen para lámparas de descarga de gas de dos modificaciones: con dos o tres cables. Para cada uno de ellos, se crea su propio diagrama de conexión.Se proporciona directamente sobre la vivienda del bloque.
Cuando se utiliza un dispositivo de dos pines, la fase de alimentación se conecta a través del estrangulador al contacto central de la base de la lámpara y simultáneamente a la salida correspondiente de la IZU.
El cable neutro está conectado al contacto lateral de la base y su terminal IZU.
Para un dispositivo de tres pines, el esquema de conexión neutral sigue siendo el mismo y el suministro de fase después de que cambia el estrangulador. Se conecta a través de las dos salidas restantes a la IZU, como se muestra en la foto a continuación: la entrada al dispositivo es a través del terminal «B», y la salida al contacto central de la base a través de — «Lp».
Por lo tanto, la composición del dispositivo de control (balasto) para lámparas de mercurio con aditivos emisores es obligatoria:
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acelerador;
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cargador de pulso
El condensador que compensa el valor de la potencia reactiva se puede incluir en el dispositivo de control. Su inclusión determina la reducción general del consumo de energía por parte del dispositivo de iluminación y la extensión de la vida útil de la lámpara con un valor de capacidad correctamente seleccionado.
Aproximadamente su valor de 35 μF corresponde a lámparas con una potencia de 250 W y 45 - 400 W. Cuando la capacidad es demasiado alta, se produce una resonancia en el circuito, que se manifiesta por el "parpadeo" de la luz de la lámpara.
La presencia de pulsos de alto voltaje en una lámpara de trabajo determina el uso de cables de voltaje extremadamente alto en el circuito de conexión con una longitud mínima entre el balasto y la lámpara, no más de 1-1,5 m.
Lámpara DRIZ
Esta es una versión de la lámpara DRI descrita anteriormente que tiene un revestimiento parcialmente espejado dentro de la bombilla para reflejar la luz, que forma un haz direccional de rayos.Le permite enfocar la radiación en el objeto iluminado y reducir las pérdidas de luz resultantes de múltiples reflejos.
Lámpara HPS
Caracteristicas de diseño
En el interior del bulbo de esta lámpara de descarga de gas, en lugar de mercurio, se utiliza vapor de sodio, ubicado en un ambiente de gases inertes: neón, xenón u otros, o sus mezclas. Por esta razón se les llama "sodio".
Debido a esta modificación del dispositivo, los diseñadores pudieron darles la mayor eficiencia de operación, que alcanza los 150 lm / W.
El principio de acción de DNAT y DRI es el mismo. Por lo tanto, sus esquemas de conexión son los mismos, y si las características del balasto coinciden con los parámetros de las lámparas, se pueden utilizar para encender el arco en ambos diseños.
Los fabricantes de lámparas de sodio y halogenuros metálicos producen balastos para tipos de productos específicos y los envían en una sola carcasa. Estos balastos son completamente funcionales y están listos para funcionar.
Diagramas de cableado para lámparas tipo ADNaT
En algunos casos, el diseño del balasto HPS puede diferir de los esquemas de puesta en marcha de DRI anteriores y realizarse de acuerdo con uno de los tres esquemas a continuación.
En el primer caso, la IZU está conectada en paralelo a los contactos de la lámpara. Después del encendido del arco dentro del quemador, la corriente de funcionamiento no pasa a través de la lámpara (ver diagrama de circuito IZU), lo que ahorra consumo de electricidad. En este caso, el estrangulador se ve afectado por pulsos de alto voltaje. Por lo tanto, está construido con aislamiento reforzado para proteger contra pulsos de ignición.
Por lo tanto, el esquema de conexión en paralelo se usa con lámparas de baja potencia y un pulso de encendido de hasta dos kilovoltios.
En el segundo esquema, se utiliza IZU, que funciona sin un transformador de pulsos, y los pulsos de alto voltaje se generan mediante un estrangulador de diseño especial, que tiene un grifo para conectarse al portalámparas. El aislamiento del devanado de este inductor también aumenta: está expuesto a alto voltaje.
En el tercer caso, se utiliza el método de conectar el estrangulador, IZU y el contacto de la lámpara en serie. Aquí, el pulso de alto voltaje del IZU no va al estrangulador y el aislamiento de sus devanados no requiere amplificación.
La desventaja de este circuito es que el IZU consume una corriente mayor, por lo que se produce su calentamiento adicional. Esto hace necesario un aumento de las dimensiones de la estructura, que superan las dimensiones de los esquemas anteriores.
Esta tercera opción de diseño se usa con mayor frecuencia para el funcionamiento de las lámparas HPS.
Se pueden usar todos los esquemas. compensación de potencia reactiva conexión del condensador como se muestra en los diagramas de conexión de la lámpara DRI.
Los circuitos enumerados para encender lámparas de alta presión que utilizan una descarga de gas para iluminación tienen una serie de desventajas:
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recurso de brillo subestimado;
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dependiendo de la calidad de la tensión de alimentación;
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efecto estroboscópico;
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ruido de acelerador y lastre;
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mayor consumo de electricidad.
La mayoría de estos inconvenientes se superan mediante el uso de dispositivos de disparo electrónico (ECG).
Permiten no solo ahorrar hasta un 30% de electricidad, sino que también tienen la capacidad de controlar suavemente la iluminación. Sin embargo, el precio de tales dispositivos sigue siendo bastante alto.